為了適應建國後大規模經濟建設對工程科技人才的需求，1952年6月，全國高等學校進行了大規模的院係調整。在院係調整中，北京大學工學院和燕京大學機械工程學係及化工組一部分並入清華；清華大學文學院、理學院和法學院並入北京大學；同時，又以清華大學某些院係的一部分和其他院校相關係科合並，成立了北京航空學院、北京鋼鐵工業學院、北京礦業學院、北京地質學院、北京政法學院；另外，清華大學還有部分人員和係科分別調入中國科學院、中國人民大學、中央財經學院、中央民族學院等單位。
院係調整後，清華大學成為一所多科性工業大學，突出了工程學科的優勢，為國家經濟建設培養了大批急需的高級專門人才。幾年之後，清華大學又興建了一批新興的學科和專業，進一步發展了工科的優勢，奮起直追世界科學技術發展的新潮流，對清華大學的發展和提高產生了深遠的影響。另一方麵，由於理科、文科院係調出清華，對學校的發展和提高也有一定的製約作用。
探索改革，建設新清華
經過院係調整，清華大學適應了新中國成立初期工業化建設的需要，進入了建設多科性工業大學的新階段。
1952年11月，中央人民政府任命蔣南翔為清華大學校長、劉仙洲教授任副校長。1956年，清華大學實行黨委領導下的校長負責製，蔣南翔校長兼任黨委書記，劉冰為黨委第一副書記，劉仙洲為第一副校長。1959年改行黨委領導下的校務委員會負責製，蔣南翔校長同時為校務委員會主席。
從1952年秋季起，清華大學進行了第一次教學改革，改變“通才教育”的教育思想，建立專業，學習前蘇聯高等學校有教學思想、教學內容和教學方法方麵的經驗，製訂和修改教學計劃，加強技術基礎課、專業課和課程設計、生產實習、畢業設計等教學環節。學製由四年改為五年（1958年後又改為五年半或六年），實行學年製。設立教研組，作為組織教學、進行科學研究的基層單位。
50年代中期，世界科學技術有了很大的突破與發展，特別是原子能科學技術，電子科學技術以及火箭、自動控製、核化工等科學技術領域有了突破性的發展。深諳教育工作規律的蔣南翔校長審時度勢，高瞻遠矚，不失時機地向中央提出申請在清華大學興建一批新技術專業的建議。他在給中央的報告中說，“現在我國科學技術的水平還很落後，如果不首先集中力量在北京建立最選進的科學技術的中心基地，如像為了發展全國的工業而首先集中力量建立重工業的基礎那樣，那麼就將使我國提高科學技術水平的進展為之延緩。”在周恩來總理、聶榮臻副總理的關懷下，經中央批準，清華大學從1955年末陸續建立了實驗核物理、同位素物理、放射性稀有元素工藝學、電子學、無線電物理、電介質及半導體、熱物理、空氣動力學、固體物理、自動控製等10個新技術專業。
創建新技術專業，是50年代末清華大學作出的一項富於遠見的重要戰略決策，對清華大學以後的發展產生了重大的影響。
自1958年以來，清華大學對新中國成立以前學美、新中國建國之初學蘇和得失進行了必要的分析和揚棄，貫徹黨和國家製定的教育方針，努力探索適合我國國情的高等教育辦學道路，清華大學走上了新的發展階段。
教育改革，探索前進
按照“教育必須與生產勞動相結合”的精神，從德智體全麵發展的目標出發，清華大學在教育改革中進行了多方麵有益的嚐試，積極探索我國自己發展高等教育的道路。
實行教學、科研、生產三結全，建設“三聯基地”，“真刀真槍”地組織和安排畢業設計，使學校各方麵的工作都向前邁進了一大步。從1958年開始，積極開展勤工儉學活動，組織學生參加生產勞動、公益勞動，讓他們經受各種實踐活動鍛煉，增長才幹。為了更好地把教學、科研、生產有機地結合起來，學校陸續建設了一批教學、科研和生產的聯合基地（簡稱“三聯基地”），這對學校的發展和提高產生了積極的影響。其中試驗化工廠、綜合機械廠和試驗電廠，比較有代表性。
試驗化工廠——原子能科學技術研究基地，從1958年開始籌建，經過6年的奮鬥，於1964年10月1日完成了屏蔽實驗反應堆的研究、設計、調試和運行的任務，建成了我國第一座自行研製、自行調試、運行成功的原子反應堆以及相關的實驗室。其後，又於1966年底完成了溶劑萃取法核燃料後處理新工藝的研究任務，為我國重點建設工程節省投資2～3億人民幣（相當於當年國家工農業生產總產值的千分之一左右），工期縮短兩年，為我國原子能工業的發展做出了突出的貢獻，成為清華大學教學、科研、生產三結合的一個重要基地。